2022年分享传质分离过程习题答案.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载其次章习题1. 运算在 0.1013MPa 和 378.47K 下苯（ 1）-甲苯（ 2）-对二甲苯（ 3）三元系,当 x1 = 0.3125、x2 =0.2978、x3 =0.3897 时的 K 值；汽相为抱负气体,液相为非抱负溶液；并与完全抱负系的 K 值比较；已知三个二元系的 wilson 方程参数（单位：J/mol ）：1211=1035.33； 1222=977.83 2322=442.15； 2333=460.05 1311=1510.14； 1333=1642.81 在 T =378.4 K 时液相摩尔体积（m 3/kmol ）为：=100.91 ×10 -3 ；=177.55 ×10 -3 ；=136.69 ×10 -3 安托尼公式为（p s：Pa ； T：K ）：苯： 1n =20.7936-2788.51/ （T-52.36）；甲苯： 1n =20.9065-3096.52/ （T-53.67）；对 -二甲苯： 1n =20.989 1-3346.65/ （T-57.84）；解：由 Wilson 方程得：l V 2378.47=2.4450 21X2X323X131X323132X3 12=l V 1exp- 12-11/RT 177 .55103 =100. 91103×exp-1035.33/8.314 21=0.4165 13=0.8382 31=1.2443 23=0.6689 32=1.5034 ln 1=1-ln 12X 2+ 13X 3-X112X1X213X3X121X2X=0.054488 1=1.056 名师归纳总结 同理 , 2=1.029; 3=1.007 第 1 页,共 23 页lnP1S=20.7936-2788.51/378.47-52.36=12.2428, P 1S=0.2075Mpa lnP2S=20.9062-3096.52/378.47-53.67=11.3729, P 2S=0.0869Mpa lnP3S=20.9891-3346.65/378.47-57.84=10.5514, P 3S=0.0382Mpa 作为抱负气体实际溶液, 1P 1SK 1=P=2.16, K 2=0.88, K 3=0.38003 如完全为抱负系, P 1SK 1=P=2.0484 K 2=0.8578 K 3=0.3771 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载2. 在 361K 和 4136.8kPa 下,甲烷和正丁烷二元系呈汽液平稳,汽相含甲烷的液相含甲烷 0.1304%；用 R-K 方程运算 和 Ki 值；2 .2 50 . 42748 R T c 1解： a11= p c 1=3.222MPa . dm 6 . k 0.5 . mol-22 .2 50 . 42748 R T c 2a22= p c 2 =28.9926 MPa.dm 6.k 0.5.mol-220 . 08664 R T c 1b1= p c 1=0.0298 dm 3mol-12 2 . 50 . 42748 R T c 2b2= p c 2=0.0806 dm 3mol-1其中 T c1=190.6K, Pc1=4.60Mpa Tc2=425.5K, Pc2=3.80Mpa 均为查表所得；a12=a11.a22=9.6651MPa.dm 6.k 0.5.mol-2液相：aa11x12+2a12x1x 2+a22x 222 =24.1711 =3.22 ×0.13042+2×9.6651 ×0.1304 ×0.8696+28.99260.8696b=b1x1+b2x 2=0.0298 ×0.1304+0.08060.8696=0.0740 由 RK 方程：P=RT/V-b-a/T0.5VV+b 0.008314536124.17114.1368Vl0. 074036105.Vl mVl0. 0740mm解得 V ml=0.1349 0.60387%（ mol ）,与其平稳lnln21.=lnV/V-b+bi/V-b-2 y iaij/bmRT1.5*lnV+b/V+abi/b2RT1.5 lnV+b/V-b/V+b -lnPV/RT1.=ln0.0 .1349+0.0 .029813490. 074013490. 07400. 13043 .2220.86969 .6651 0. 13490. 07400.0 .07400. 00831451 3615.×ln0 .1340+ 24.17110.02980 .13470 .0740074020. 0083145.1 3615×ln0. 1349 0.07404.13680 . 13490.13470.0740-ln0 .0083145361=1.3297 名师归纳总结 1.=3.7780 第 2 页,共 23 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料欢迎下载361 1.5同理 ln2.-1.16696,2.=0.3113 汽相： a 3.222 ×0.603872+2×9.6651 ×0.60387 ×0.39613+28.99260.396132 = 10.3484 b=0.0298 ×0.60387+0.08060.39613=0.0499 0.008314536110.3484由 4.1368=Vv0.049936105.Vv mVv0.0499mm得V m v=0.5861 ln v 1 =ln0.0. 5861+0 .0.029858610 .049958610. 049920. 603873.2220 .39613.9.6651ln0. 58610. 04990.10. 34840 .02980.04990 .0083145361 150 .5861049920 .0083145×ln0.58610. 04990 .0 .0499 ln4.13680. 5861 0 .586158610. 04990. 0083145361=0.0334942 故v 1 1.0341 K 1=1./v 1 同理, ln2. -0.522819,2.=0.5928 故 K 1=y1/x1=0.60387/0.1304=4.631 10. 60387K 2y2/x210 .13040.4555 3. 乙酸甲酯 （1）-丙酮（2）-甲醇（3）三组分蒸汽混合物的组成为y10.33,y20.34,y3=0.33摩尔分率 ；汽相假定为抱负气体,液相活度系数用 Wilson 方程表示,试求 50时该蒸汽混合物之露点压力；解：由有关文献查得和回来的所需数据为：【 P24 例 2-5,2-6】50时各纯组分的饱和蒸气压,kPa P1 S=78.049 P 2 S=81.848 P3 S=55.581 50时各组分的气体摩尔体积,cm3/mol V 1 l=83.77 V 2 l=76.81 V 3 l=42.05 由 50时各组分溶液的无限稀释活度系数回来得到的 Wilson 常数： 111.0 210.71891 31 0.57939 121.18160 22 1.0 32 0.97513 130.52297 23 0.50878 331.0 （1） 假定 x 值, 取 x 10.33, x20.34,x30.33；按抱负溶液确定初值p78.049 ×0.33+81.84180.34+55.5810.33=71.916kPa （2） 由 x 和 ij 求 i 从多组分 Wilson 方程名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - cxkkjkj12x 1优秀学习资料21欢迎下载223x3+ cxjijk1cxj21xln i=1-ln j1-j1得 ln 1=1-lnx 1+ 12x 2+ 13x 3-x 1x 213x3+ x2x231x331x 132x2x3=0.1834 故 1=1.2022 同理, 2=1.0298 3=1.4181 3 求 K iK i=ipsexpV iLpps i78.049103=1.3035 ipRT83.7771.961 .202278.049K 1=71.916exp8 .314323. 16同理 K 21.1913 K 3=1.0963 4 求xixi=10 .33+0.34+10. 33=0.8445 . 30351 .1713. 0963整理得 x10.2998 x2=0.3437 x 3=0.3565 在 p71.916kPa 内层经 7 次迭代得到： x 10.28964, x2=0.33891, x 3=0.37145 5 调整 p pipsxiexpViLpp is0.33891+1.050850.37145 =85.072kPa iRT =pKixi =71.9161.34790.28964+1.18675在新的 p 下重复上述运算,迭代至p 达到所需精度；最终结果：露点压力85.101kPa 平稳液相组成： x 10.28958 x20.33889 x30.37153 4. 一液体混合物的组分为：苯 0.50；甲苯 0.25；对 -二甲苯 0.25（摩尔分数）；分别用平稳常数法和相对 挥发度法运算该物系在 100kPa 时的平稳温度和汽相组成；假设为完全抱负物系；解： 1 平稳常数法名师归纳总结 由于汽相、液相均为完全抱负物系,故符合乌拉尔定律py i=pisxi第 4 页,共 23 页yip is而 K i=xi=p设 T 为 80时,由安托尼公式（见习题1）求出格组分的饱和蒸汽压；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料欢迎下载s p1 101.29kPa,s p2 =38.82kPa, s p3 =15.63kPa 故y 1y 2y3=K 1x 1+K 2x 2+K 3x3 =s p 1x 1ps 2x 2ps 3x3ppp =101.2905.38.820. 2515. 630 .25100100100 =0.64<1 故所设温度偏低,重设 T 为 95时s s sp1 176.00kPa, p2 =63.47kPa, p3 =27.01kPa y 1 y 2 y 3 =1.11>1 故所设温度偏高,重设 T 为 91.19,s s sp1 160.02kPa, p2 =56.34kPa, p3 =23.625kPa y 1 y 2 y 31.00001251 故用平稳常数法运算该物系在 100kPa 时的平稳温度为 91.19sp 1 x 1 160 . 020 5.汽相组成：1yK 1x 1p1000.8001 sp 2 x 2 56 . 340 . 25y K 2x 2p1000.1409 sy K 3x 3pp 3 x 323100 . 6250 . 250.059 2相对挥发度法由于是抱负混合物,所以i1 1iy 1/x 1, 得y i1 iy 1/xiyixix 1对于抱负混合物,得S p 1S P 2设 T 为 80时,名师归纳总结 s p1 101.29kPa, S p2 =38.82kPa, s p3 =15.63kPa py 1第 5 页,共 23 页故12 2.61, 13 6.48, y 1y/5.22, 3y=1y/12.96 由于y 1y 2y3 1,故1y0.788 又由于py 100× 0.788 78.8kPa,而s p 1x 1101.29×0.550.645kPa<- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载故所设温度偏低；重设 T92时s p1 163.31kPa, S p2 =57.82kPa, s p3 =24.31kPa Van Laar 方程计得故12 2.824, 13 6.718, y 1y/5.648, y =1y/13.436 由于y 1y 2y3 1,故1y0.799,y 0.141, y =0.0595 且py 100× 0.79979.9kPa,而s p 1x 1163.31×0.581.655kPa,基本相等因此,由相对挥发度运算该物系平稳温度为92,此时1y0.799,y 0.141, y =0.0595 6. 含有 80%（mol ）醋酸乙酯（ A）和 20%mol 乙醇（ E）的二元物系；液相活度系数用算, AAE=0.144,AEA=0.170；试运算在 解：由 Vanlaar 方程得：101.3kPa 压力下的泡点温度和露点温度；lnrA1A AE2 1.0 1442,得Ar1.0075 xAEAAE0 . 1440 . 8xEAA EA0 . 17.0 2lnrE 1A EA2 1.0 1702, 得Br=1.1067 xEAA EA0 . 1700 . 2xAEA AE0 . 1440 . 8由于低压气体可视为抱负气体,故py iris p ix i,得yir ips ixi0.81. 106788 .6510 .2p（1） 泡点温度时,设T348.15K ,由安托尼方程得S p 94.377kPa, s p 88.651kPa 故yiyAyErAps AxA+rEps ExE=1.007594. 377pp101.3101.3=0.945<1, 可知所设温度偏低,重设T349.82K ：2此时S p 99.685kPa, s p 94.819kPa 8.1.106794.8190 .1.000331 yiyAyErAps AxA+rEps ExE=1 .007599.6850pp101.3101.3故泡点温度为349.82K ,得x ipyi（2） 求露点温度,此体系可视为抱负气体,由py ir is p ixipsrii设 T349.8K 名师归纳总结 由安托尼方程得S p 99.620kPa, s p 94.743kPa,第 6 页,共 23 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载101 . 3 0 . 8 101 . 3 0 2.故 x i x A x B99 . 620 1 . 0075 94 . 743 1 . 10671.4>1,故所设温度偏低重设 T350.1K 时 x i x A x B 0.992 1 故露点温度为 350.1K 8. 组成为 60 % 苯,25 %甲苯和 15 % 对-二甲苯 均为 mol 百分数 的液体混合物 100kmol ,在 101.3kPa 和100下闪蒸；试运算液体和气体产物的数量和组成；假设该物系为抱负溶液；用安托尼方程运算蒸汽压；解：设苯为组分1,甲苯为组分2, 对二甲苯为组分3； 100时,【P33 例 2-7】s p1 198.929kPa,s p2 =74.165kPa, s p3 =32.039kPa 对于低压气体,气相可视为抱负气体,液相可视为抱负溶液,故ps i,得ps 11.964,K2ps 20.732,K s p 30.316 K pK ppp（1） 核实闪蒸温度假设 100为进料的泡点温度,就Kizi1.964 ×0.6+0.732 ×0.25+0.316 ×0.151.41>1 假设 100为进料的露点温度,就z i/Ki=1.21>1 说明实际的进料泡点温度和露点温度分别低于和高于规定的闪蒸温度,闪蒸问题成立；（2） 求 ,令 0.1 f00. 9641 0.60 .73210 .250.3161 0.15151 1. 9641 10. 7321 10 .3161 0. 7321 0. 250 .31610 .0. 9641 06.f1. 10 .11 .9641 101.0.7321 10.10. 3161 0.366 f01. >0,应增大 值；运算 R-K 方程导数公式为：名师归纳总结 K112z 1K212z 2K31 2z 32 第 7 页,共 23 页'f 1K11 2 11 21 K31 K220.5580 .0180 .0721+ 10. 9642+ 10. 26840. 6844而i1idffiid以0.1 为初值进行迭代,得下表- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料欢迎下载迭代次数fdf/d1 0.1 0.366 0.564 0.511 2 0.75 0.0436 3 0.84 0.0092 可知f3数值已达到PTK 图的精确度3运算ix,iyx 11z 111 =10. 840 .69641 =0.332 K0 .y11K1z 11 =101 .96400 .61 =0.651 K1.84. 964同理,x 0.323,y 0.236 3x0.353,y 0.112 （4）运算V,LV F 0.84 ×10084kmol 25 % 正庚烷及 30 %正辛烷的混合物计L FV100-8416kmol （5）核实iy,ix33ixiyi10.999,i11.008,结果以中意9. 在 101.3 kPa 下,对组成为45 %（摩尔百分数,下同）正已烷,算；（1）泡点和露点温度（2）将此混合物在101.3kPa 下进行闪蒸,使进料的50 % 汽化；求闪蒸温度,两相的组成；解：由于各组分都是烷烃,所得的汽、液相均可看成抱负溶液,度不要求特别高可使用烃类的P TK 图,见图2-1 假设 T82,由 P101.3kPa 得下表：K 只取决于温度和压力,如运算精名师归纳总结 组分ixKiT85.8,得y iKixi第 8 页,共 23 页正己烷451.5 0.675 正庚烷250.63 0.158 正辛烷300.28 0.084 Kix i0.917<1,说明所设温度偏低,重设- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料欢迎下载2-1 得：组分ixKiy iKixi正己烷451.6 0.72 正庚烷250.7 0.175 正辛烷300.31 0.093 Kix i1.008 1,故泡点温度为85.8；同理,可迭代求出露点温度设T95,此时组分iyKiixiy /Ki正己烷452.0 0.225 正庚烷250.9 0.278 正辛烷300.425 0.705 iy /K =1.2068>1 ,所设温度偏低,重设T102.4,得组分iyKiixiy /Ki正己烷452.35 0.1915 正庚烷251.08 0.2315 正辛烷300.520 0.5769 iy /K =0.9999 1,满意精度要求,故露点温度为102.4；TT B（1） 进料 50气化,就由公式TDTB得 T94.1为闪蒸温度,查表组分ixiy正己烷31.058.90正庚烷27.022.45正辛烷42.8517.14结果（1）泡点： 85.8oC,露点： 102.4oC；（2）闪蒸温度 94.1oC；气相组成：正已烷0.31,正庚烷 0.27,正辛烷 0.43；液相组成：正已烷0.59,正庚烷 0.23,正辛烷 0.17；（均为摩尔分数）第三章习题名师归纳总结 2. 设计满意以下要求的再沸气提塔（见附图）,求：设计变量数是多少？假如有,请指出哪些附加变量需要规定？第 9 页,共 23 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载习题 2 附图解：c=6进料变量数8 NxNa压力等级数9 合计17 串级单元数1 传热单元数1 合计2 规定： 再沸器及各级的操作压力 级数 塔釡液流率3. 利用如附图所示的系统将某混合物分别成三个产品；试确定：固定设计变量数和可调设计变量数；指定一组合理的设计变量；习题 3 附图习题 4 附图解：Nx进料变量数C+2 名师归纳总结 压力等级数 N+M+4 第 10 页,共 23 页合计N+M+C+6 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - Na串级单元数优秀学习资料欢迎下载4 侧线采出数 1 安排器数 1 传热单元数 4 合计 10 对设计变量的规定Nx进料变量数C+2 Na回流为泡点温度1 每级压力（含再沸器） N+M 总理论级数2 全凝器压力1 进料位置1 冷却器压力1 侧线采出口位置1 回流安排器1 侧线采出率1 侧线压力1 回流比1 合计N+M+C+6 馏出液流率1 精馏塔釜液流率1 再沸提馏塔釜液流率1 合计10 5. 苯 B- 甲苯 T- 二甲苯 X- 异丙苯（ C ）混合物送入精馏塔分别,进料组成为：zB =0.2 , zT =0.3 ,zx =0.1 , zC =0.4 （摩尔分数）；相对挥发度数据： B =2.25 ,T =1.00 ,x =0.33 , C =0.21 ；分别要求： 馏出液中异丙苯不大于 0.15% ；釜液中甲苯不大于 0.3% （摩尔）；运算最少理论板数和全回流下的物料安排；【P73 例 3-3】解：以 100 摩尔进料为运算基准；依据题意定甲苯为轻关键组分,异丙苯为重关键组分；从相对挥发度的大小可以看出,二甲苯为中间组分；在作物料衡算时,要依据它的相对挥发度与轻、重关键组分相对挥发度的比例,初定在馏出液和釜液中的安排比,并通过运算再行修正；物料衡算表如下：组分进料, f1馏出液, di釜液, wiB 20 20 T 30 300.03W 0.003W X 10 1* 9* C 400 .0015400. 0015100DW* 为二甲苯的初定值；解得 D=50.929,W=49.071 就 dT=29.853,wT=0.147 dC=0.0764,wC=39.924 代入芬斯克方程名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - Nmlg29 .8531 . 00 . 0764优秀学习资料欢迎下载0 . 14739 . 9247 . 42lg.021由 Nm 值求出中间组分的馏出量和釜液量：dx100. 07640.337. 420 .51939. 9240. 2110. 07640.337. 4239.9240 .21wx=10-0.519=9.481 由于与初定值偏差较大,故直接迭代重做物料衡算：组分进料, f 1馏出液, di釜液, wiDB 20 20 T 30 300.03W 0.003W X 10 0.519 9.481 C 400. 0015D400. 0015100DW二次解得 D=50.446,W=49.554 就 dT=29.852,wT=0.148 dC=0.0757,wC=39.924 再求 Nm：Nmlg29 .8521 0.0 . 07577 . 420 . 14839 . 924lg.0 21校核 dx：dx100. 07570. 337. 420 .51539. 9240. 2110. 07570.337. 4239.9240. 21再迭代一次,得最终物料衡算表：组分进料, f 1馏出液, di釜液, wi苯20 20 甲苯30 29.8513 0.1487 二甲苯10 0.5150 9.4850 异丙苯40 0.0757 39.9243 6. 附图为脱丁烷塔的物料平稳图； 全塔平均操作压力为 估量非安排组分的安排；【P75例 3-4】522kPa ；求最小理论塔板数；名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载习题 6 附图解：（ 1）依据题意可列表如下：编号组X i,FX i,FF X i,DX i,DD X i,BX i,BB 1 分0.0139 12 0.0256 12 0 0 C32 iC40.511 448 0.944 442 0.0147 6 3 nC40.0411 36 0.0278 -3 2.137*1013 0.0563 23 4 iC50.0171 15 1 0.0343 14 5 C60.0262 23 0 0 0.0563 23 6 C70.0446 39.1 0 0 0.0958 39.1 7 C80.311 272.1 0 0 0.667 272.2 8 C90.0354 31.0 0 0